فرستنده گیرنده xfp نوری منسجم 10 گیگابایتی مسافت های طولانی را کنترل می کند

 

 

یک فرستنده گیرنده XFP نوری منسجم 10 گیگابایتی از طریق جبران پراکندگی الکترونیکی (EDC)، فناوری لیزری تخصصی، و گیرنده‌های- با حساسیت بالا، به انتقال مسافت طولانی می‌رسد. این ماژول‌ها می‌توانند با استفاده از لیزرهای مدوله‌شده با جذب الکترومغناطیسی و تکنیک‌های پیشرفته پردازش سیگنال، از طریق فیبر تک حالته به ۸۰-120 کیلومتر برسند.

 

 

آشنایی با فناوری فرستنده گیرنده XFP نوری 10 گیگابایتی برای دسترسی گسترده

 

فرم فاکتور XFP (10 گیگابیت Small Form Factor Pluggable) در سال 2002 به عنوان اولین استاندارد به طور گسترده برای انتقال نوری 10 گیگابیت بر ثانیه ظهور کرد. در حالی که اصطلاح "منسجم" اغلب در مواد بازاریابی برای این ماژول ها ظاهر می شود، مهم است که مشخص شود این در واقع در زمینه انتقال 10G به چه معناست.

فناوری نوری منسجم واقعی-که از مدولاسیون فاز، مالتی پلکسینگ پلاریزاسیون و پردازنده‌های سیگنال دیجیتال برای تشخیص دامنه و فاز نور استفاده می‌کند{1}}در حدود سال 2008 برای 100G و نرخ داده بالاتر از نظر تجاری قابل استفاده شد. ماژول‌های 10G XFP با استفاده از مدولاسیون شدت با تشخیص مستقیم (IM-DD)، بهبود یافته با تکنیک‌های جبران الکترونیکی پیچیده، کار می‌کنند.

ردپای فیزیکی بزرگتر XFP در مقایسه با SFP+ (78mm x 18.35mm x 8.5mm در مقابل 56.5mm x 13.4mm x 8.5mm) یک مزیت حیاتی برای برنامه های کاربردی طولانی- فراهم می کند: مدیریت حرارتی برتر. این فضای اضافی دارای قدرت-قطعات گرسنه مانند لیزرهای مدوله‌شده با جذب الکترومغناطیسی خنک‌شده{10}}و گیرنده‌های دیود فوتودیود بهمنی است، که هر دو برای پیشبرد فواصل انتقال بیش از 40 کیلومتر ضروری هستند.

 

چگونه EDC انتقال 10G از راه دور را فعال می‌کند

 

جبران پراکندگی الکترونیکی نشان‌دهنده فناوری پیشرفتی است که ماژول‌های XFP با دسترسی طولانی-به 10G را کاربردی کرده است. پراکندگی رنگی در فیبر نوری باعث می شود که طول موج های مختلف نور با سرعت های مختلف حرکت کند، پالس های نوری پخش شود و کیفیت سیگنال کاهش یابد. در سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه، این اثر آنقدر شدید می شود که فواصل انتقال را بدون جبران به 80 کیلومتر محدود می کند.

EDC با اعمال فیلتر الکترونیکی در گیرنده برای معکوس کردن تخریب سیگنال ناشی از پراکندگی- کار می کند. این سیستم از فیلترهای عرضی-اجرای مجموع وزنی زمان-کپی‌های سیگنال تاخیری-برای بازسازی شکل سیگنال اصلی استفاده می‌کند. یک فرستنده گیرنده XFP نوری منسجم 10 گیگابایتی که از انتقال 80 کیلومتری پشتیبانی می کند باید تقریباً 1600 ps/nm پراکندگی را جبران کند. ماژول‌های دسترسی توسعه‌یافته که ۱۲۰ کیلومتر را هدف قرار می‌دهند تا ۲۴۰۰ ps/nm را کنترل می‌کنند.

پیاده سازی بین XFP و فرمت SFP+ جدیدتر به شکل مهمی متفاوت است. ماژول‌های XFP عملکرد EDC را به صورت داخلی در کنار یک تقویت‌کننده خطی یکپارچه می‌کنند، زیرا رابط الکتریکی XFP یک سیگنال دیجیتال را خروجی می‌دهد. SFP+ در مقابل، از یک رابط خطی (XFI) استفاده می‌کند که به EDC اجازه می‌دهد روی برد میزبان قرار بگیرد و مصرف انرژی و هزینه ماژول را کاهش دهد.

الگوریتم های سازگاری خودکار به طور مداوم پارامترهای EDC را بر اساس ویژگی های فیبر بهینه می کنند. این الگوریتم‌ها نرخ‌های خطای بیت را کنترل می‌کنند و ضرایب فیلتر را در زمان واقعی- تنظیم می‌کنند، با تغییرات سن فیبر، دما و کیفیت نصب بدون تنظیم دستی.

 

فناوری لیزر: نیروگاه انتقال

 

ماژول‌های طولانی-دسترسی 10G XFP به فرستنده‌های لیزری تخصصی بستگی دارند که عملکرد چشمگیری از لیزرهای مدوله‌شده مستقیم مورد استفاده در برنامه‌های کاربردی کوتاه- دارند. پیشرفت فناوری به طور مستقیم با قابلیت فاصله ارتباط دارد:

لیزرهای مدوله شده مستقیم (DML): استاندارد برای کاربردهای SR و LR تا 10 کیلومتر، این لیزرها در 1310 نانومتر با خلوص طیفی کافی برای کاربردهای اساسی کار می کنند. ویژگی‌های چیپ آنها-تغییر فرکانس سریع در طول مدولاسیون{4}}به دلیل تعامل با پراکندگی فیبر، عملکرد را در فواصل طولانی‌تر محدود می‌کند.

الکترو جذب-لیزرهای مدوله شده (EML): این دستگاه‌ها یک لیزر موج پیوسته را با یک مدولاتور الکتروجذب یکپارچه ترکیب می‌کنند که در 1550 نانومتر برای کاربردهای ER (40 کیلومتر) و ZR (80 کیلومتر) کار می‌کند. فرستنده های EML سیگنال های نوری تمیزتری را با حداقل صدای جیر جیر تولید می کنند و جریمه های پراکندگی را کاهش می دهند. بسیاری از ماژول‌های ZR از طرح‌های EML خنک‌شده با خنک‌کننده ترموالکتریک برای حفظ پایداری طول موج در طول تغییرات دما استفاده می‌کنند.

این تمایز برای برنامه ریزان شبکه اهمیت قابل توجهی دارد. فناوری EDC فاصله قابل دوام برای فرستنده‌های DML را از تقریباً 10 کیلومتر به 23 کیلومتر در برنامه‌های شهری گسترش می‌دهد-که یک پیشرفت مهم برای استقرارهای حساس به هزینه{4}}است. با این حال، برای فواصل بیش از 30 کیلومتر، فناوری EML ضروری است.

انتخاب طول موج عملیاتی نیز بر عملکرد تأثیر می گذارد. طول موج 1310 نانومتری -صفر پراکندگی فیبر تک حالته استاندارد آن را برای فواصل متوسط ​​جذاب می‌کند، در حالی که 1550 نانومتر از تضعیف فیبر کمتر (0.2 دسی‌بل/کیلومتر در مقابل 0.35 دسی‌بل/کیلومتر) برای پیوندهای فوق‌العاده حیاتی بهره می‌برد.{7} ماژول های ZR به طور جهانی از انتقال 1550 نانومتری استفاده می کنند.

 

حساسیت گیرنده و ریاضیات بودجه قدرت

 

سمت گیرنده ماژول‌های بلند{0}}XFP از دیودهای نوری بهمنی استفاده می‌کند که بهره نوری داخلی را از طریق اثر ضرب بهمن ارائه می‌کنند. گیرنده‌های APD به سطوح حساسیتی در حدود -24 دسی‌بل‌متر برای کاربردهای 80 کیلومتری دست می‌یابند، در مقایسه با -14 دسی‌بل‌متر برای گیرنده‌های دیود نوری PIN در ماژول‌های کوتاه‌دست. این بهبود 10 دسی بل به طور مستقیم به دو برابر شدن فاصله انتقال ترجمه می شود.

اما فناوری APD چالش‌های طراحی حیاتی را معرفی می‌کند. فرآیند ضرب بهمن نیازمند ولتاژهای بایاس معکوس- بالا (معمولاً 40-50 ولت) و جبران دقیق دما است. مشکل ساز تر، APD ها می توانند آسیب فوری و دائمی ناشی از توان ورودی نوری بیش از حد را متحمل شوند - معمولاً هر چیزی بالاتر از -7 دسی بل برای ماژول های 80 کیلومتری.

این یک ملاحظات عملیاتی قابل توجه ایجاد می کند: فرستنده گیرنده های دسترسی طولانی را نمی توان برای پیوندهای کوتاه-بدون تضعیف نوری استفاده کرد. اپراتورهای شبکه ای که ماژول های ZR را برای هر اتصال کمتر از 30 کیلومتر مستقر می کنند، باید تضعیف کننده های درون خطی (معمولاً 12 دسی بل یا بیشتر) را نصب کنند تا از آسیب دیدگی گیرنده در اثر قدرت نوری بیش از حد جلوگیری شود. این نیاز اغلب نصاب هایی را که به انعطاف پذیری ماژول های SR و LR عادت کرده اند شگفت زده می کند.

محاسبه بودجه توان حداکثر فاصله قابل دستیابی را برای هر ترکیب فیبر گیرنده- تعیین می کند. محاسبه از این ساختار پیروی می کند:

بودجه نوری موجود=قدرت انتقال - حساسیت گیرنده
از دست دادن پیوند=تضعیف فیبر + تلفات رابط + تلفات اتصال + حاشیه ایمنی

برای یک ماژول ZR 80 کیلومتری با قدرت انتقال +2 dBm و حساسیت -24 dBm، بودجه موجود 26 دسی بل است. فیبر استاندارد تک حالت{15}}در 1550 نانومتر 0.2 دسی بل در کیلومتر است، بنابراین 80 کیلومتر هزینه 16 دسی بل دارد. افزودن 2 دسی بل برای اتصالات، 1 دسی بل برای اتصالات، و حاشیه ایمنی 3 دسی بل در مجموع به 22 دسی بل می رسد که با بودجه 26 دسی بل راحت است.

همین محاسبه توضیح می دهد که چرا ماژول های 120 کیلومتری نسبتا کمیاب و گران باقی می مانند. تلفات 8 دسی بل اضافی (40 کیلومتر × 0.2 دسی بل/کیلومتر) به توان انتقال بالاتر، حساسیت گیرنده بهتر، یا هر دو{5}}برآوردن مشخصات اجزا به محدودیت های فنی نیاز دارد.

 

یکپارچه سازی DWDM و مدیریت طول موج

 

سازگاری Dense Wavelength Division Multiplexing یک قابلیت حیاتی برای ماژول‌های XFP طولانی-در برنامه‌های حامل و مرکز داده است. سیستم‌های DWDM ده‌ها کانال نوری را روی یک جفت فیبر منفرد مضاعف می‌کنند و هر کانال طول موج خاصی را در شبکه ITU اشغال می‌کند.

ماژول‌های استاندارد ZR روی طول‌موج‌های ثابت-معمولاً منطقه باند C{1} از 1530 نانومتر تا 1565 نانومتر کار می‌کنند. ماژول‌های قابل تنظیم XFP با ترکیب مجموعه‌های لیزر قابل تنظیم که می‌توانند هر یک از 40 تا 50 کانال ITU را از طریق کنترل نرم‌افزار انتخاب کنند، انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهند. این انعطاف پذیری مدیریت موجودی را ساده می کند و امکان تخصیص سریع طول موج برای بهینه سازی شبکه را فراهم می کند.

ادغام عملکرد DWDM در فرم فاکتور XFP نیازمند مدیریت دقیق حرارتی و طیفی است. کانال‌های DWDM فاصله 50 گیگاهرتز یا 100 گیگاهرتز را اشغال می‌کنند-تلرانس‌های بسیار کم که به پایداری طول موج بهتر از ± 0.1 نانومتر در محدوده دمای عملیاتی نیاز دارند. طرح‌های لیزری تثبیت‌شده{6}}با قفل کردن طول موج فعال، این کار را از طریق نظارت داخلی و کنترل بازخورد انجام می‌دهند.

ماژول‌های مدرن XFP قابل تنظیم در کمتر از 5 دقیقه به تغییر طول موج می‌رسند، به اندازه‌ای سریع برای پیکربندی مجدد شبکه خودکار، اما به اندازه‌ای کند است که به ماژول‌های یدکی برای بازیابی سریع خرابی نیاز دارد. مکانیسم تنظیم معمولاً شامل تنظیم دمای حفره لیزر یا اعمال جریان به گریتینگ‌های Bragg یکپارچه می‌شود، که هر دو به تغییرات تدریجی برای جلوگیری از تنش جزء نیاز دارند.

 

تصحیح خطای جلو: آخرین خط دفاع

 

کدگذاری تصحیح خطا پیشروی اطلاعات اضافی را به جریان داده اضافه می کند و گیرنده را قادر می سازد تا خطاهای بیت را بدون ارسال مجدد شناسایی و تصحیح کند. در حالی که FEC نرخ انتقال خام را اندکی افزایش می دهد (10.7 گیگابیت بر ثانیه به جای 10.3 گیگابیت بر ثانیه برای 10 گیگابیت استاندارد)، 4{5}}6 دسی بل سود کدگذاری را فراهم می کند که معادل دو برابر کردن فاصله انتقال است.

ماژول‌های XFP که از برنامه‌های OTN (شبکه انتقال نوری) پشتیبانی می‌کنند معمولاً G.709 FEC را در خود جای می‌دهند که از کدگذاری Reed{1}}Solomon برای تصحیح انفجارهای خطا استفاده می‌کند. این تفاوت بین عملیات حاشیه ای و قابل اعتماد در زیرساخت فیبر قدیمی یا مسیرهایی با اتصال بهینه کمتر ایجاد می کند.

معاوضه سربار FEC در طراحی سیستم آشکار می شود. مصرف 7 درصد پهنای باند اضافی ممکن است حداقل به نظر برسد، اما برای سیستم های DWDM با بارگذاری کامل با طول موج 40-80، این به معنای از دست دادن ظرفیت 3-5 کانال است. معماران شبکه باید این هزینه را در مقابل مزایای عملیاتی کاهش نرخ قطع و مدیریت ساده فیبر متعادل کنند.

 

مقایسه فرستنده‌های 10 گیگابایتی XFP با جایگزین‌های مدرن

 

فرم فاکتور XFP از سال 2003 تا 2012 به طور گسترده به کار گرفته شد اما تا حد زیادی توسط +SFP برای نصب های جدید جایگزین شده است. درک چرایی محدودیت‌های مهندسی که تکامل شبکه‌های نوری را شکل داده است، آشکار می‌کند.

اندازه و تراکم: ماژول های SFP+ 30 درصد فضای کمتری را اشغال می کنند و 30 درصد تراکم پورت بالاتر در هر واحد رک را امکان پذیر می کند. برای مراکز داده بزرگی که هزاران اپتیک را به کار می برند، این تفاوت اهمیت قابل توجهی دارد.

مصرف برق: انتقال EDC و سایر عملکردها از ماژول XFP به برد میزبان مصرف برق هر پورت را از 3.5 وات به کمتر از 1.5 وات برای دسترسی معادل کاهش داد. ترکیب پس انداز در صدها پورت.

ساختار هزینه: ماژول های ساده تر +SFP با عملکردهای یکپارچه کمتر معمولاً 20 تا 30 درصد کمتر از ماژول های XFP معادل هزینه دارند، اگرچه هزینه کل سیستم از جمله پیچیدگی برد میزبان باید ارزیابی شود.

عملکرد حرارتی: در مقابل{0}}به طور مستقیم، اندازه بزرگتر XFP اتلاف گرمای بهتری را برای بالاترین-قطعات قدرت فراهم می‌کند. ماژول‌های{3}}طول-دسترسی بیش از 80 کیلومتر هنوز هم گاهی اوقات به دلیل مزایای حرارتی بسته‌بندی XFP را ترجیح می‌دهند.

بازار به وضوح صحبت کرده است: تا سال 2015، SFP+ بیش از 80 درصد از استقرارهای 10G جدید را به خود اختصاص داده بود. با این حال، ماژول‌های XFP برای حفظ زیرساخت‌های قدیمی و برای برنامه‌های کاربردی-طولانی-که در آن ملاحظات حرارتی بر نگرانی‌های هزینه غالب است، ضروری هستند.

 

 

سناریوهای استقرار واقعی-جهانی

 

شبکه‌های شهری حوزه اصلی برنامه را برای ماژول‌های طولانی-10G XFP نشان می‌دهند. یک استقرار معمولی، دفاتر مرکزی شرکت را به دفاتر راه دور متصل می کند یا پردیس های مرکز داده را در سراسر یک منطقه شهری به هم متصل می کند. فواصل بین 20 تا 80 کیلومتر است، اغلب بیش از خدمات فیبر تاریک اجاره ای یا طول موج حامل.

این پیوندها معمولاً به مدت 5{8}}10 سال به طور مداوم کار می کنند و قابلیت اطمینان را در اولویت قرار می دهند. هنگام انتخاب یک فرستنده گیرنده XFP نوری منسجم 10 گیگابایتی، انتخاب بین ماژول های 40 کیلومتری ER و 80 کیلومتری ZR نه تنها به مسافت، بلکه به تخریب پیوند در طول زمان بستگی دارد. پیری فیبر، آلودگی اتصال دهنده و تخریب اتصال به تدریج از دست دادن پیوند را افزایش می دهد. شروع با 5-8 دسی بل حاشیه بالاتر از حداقل تئوری، امکان این تخریب را بدون نیاز به جایگزینی اجزای اواسط عمر فراهم می کند.

برنامه های اصلی ارائه دهنده خدمات، مشخصات را سخت تر می کنند. این شبکه‌ها ممکن است سیستم‌های DWDM 80 یا حتی 96 کانالی را اجرا کنند، که هر کانال 10 گیگابیت بر ثانیه را در فواصل منطقه‌ای تا 120 کیلومتر بین نقاط بازسازی حمل می‌کند. کنترل دقیق طول موج، مدیریت فیبر با کیفیت بالا و تجزیه و تحلیل دقیق بودجه توان بسیار مهم هستند.

یک کاربرد کمتر آشکار اما قابل توجه در محیط های صنعتی خشن وجود دارد. عملیات معدن، سکوهای نفت و راهروهای انتقال نیرو اغلب به اتصال 10G قابل اعتماد در طول ده‌ها کیلومتر در شرایطی نیاز دارند که حاشیه‌های حرارتی فشرده‌تر ماژول‌های SFP+ نگرانی‌هایی در مورد قابلیت اطمینان ایجاد می‌کنند. طراحی حرارتی قوی XFP و سابقه تثبیت شده با وجود هزینه بالاتر، ارزشی را ارائه می دهد.

 

ملاحظات نصب و نگهداری

 

روش‌های نصب مناسب تفاوت بین عملکرد قابل اعتماد و مشکلات مزمن پیوند را ایجاد می‌کند. رابط‌های فیبر نوری به تمیزی شدید نیاز دارند-یک ذره گرد و غبار می‌تواند باعث خرابی پیوند یا تخریب تدریجی شود. برای-ماژول‌های با دسترسی طولانی با گیرنده‌های APD حساس، آلودگی خطرات بیشتری را برای آسیب‌دیدگی قطعات ناشی از انعکاس{4} نوری به همراه دارد.

توالی نصب برای پیوندهای 80 کیلومتری باید چندین نکته مهم را بررسی کند:

بازرسی و تمیز کردن فیبر: هر کانکتور باید قبل از نصب با بزرگنمایی بررسی شود. حتی کانکتورهای پایان یافته کارخانه-می توانند آلودگی را در طول حمل و نقل جمع کنند. آلودگی کمتر از 1 میکرون می‌تواند باعث کاهش 1+ دسی‌بل درج شود.

الزامات میرایی: پیوندهای کوتاه با ماژول‌های-دسترسی طولانی به تضعیف‌کننده‌های درون خطی نیاز دارند. محاسبه شهودی نیست: یک پیوند 5 کیلومتری با یک ماژول ZR تقریباً به 15 دسی بل تضعیف نیاز دارد تا از اضافه بار گیرنده جلوگیری کند. نصب نادرست تضعیف کننده ها (مثلاً در فرستنده به جای گیرنده) هیچ گونه محافظتی ایجاد نمی کند.

مانیتورینگ تشخیصی دیجیتال: ماژول‌های XFP مدرن{0}}نظارت زمان واقعی توان انتقال، توان دریافتی، دما، جریان بایاس لیزر و ولتاژ تغذیه را از طریق یک رابط سریال دو سیمه- ارائه می‌کنند. ایجاد خوانش‌های پایه در هنگام نصب، تجزیه و تحلیل روند را قادر می‌سازد تا خرابی‌ها را قبل از تأثیر بر سرویس پیش‌بینی کند.

تست پراکندگی: برای پیوندهایی که به حداکثر فاصله مشخص شده ماژول نزدیک می شوند، اندازه گیری ویژگی های پراکندگی فیبر واقعی امکان تأیید حاشیه کافی را فراهم می کند. پراکندگی بین انواع فیبر و با سن متفاوت است. با فرض اینکه مشخصات کاتالوگ می تواند منجر به پیوندهای حاشیه ای شود.

روش‌های نگهداری با ماژول‌های کوتاه-دسترسی متفاوت است. حالت خرابی اولیه برای ماژول‌های XFP طولانی{2}} شامل کاهش تدریجی توان نوری با افزایش سن دیودهای لیزر است. نظارت ماهانه قدرت انتقال و جریان بایاس لیزر این روند تخریب را نشان می دهد. هنگامی که جریان بایاس از 80 درصد حداکثر مشخصات فراتر رفت، جایگزینی باید به طور پیشگیرانه برنامه ریزی شود.

 

استراتژی های بهینه سازی عملکرد

 

دستیابی به حداکثر کارایی از راه‌اندازی‌های طولانی-XFP نیازمند توجه به چندین فرصت بهینه‌سازی است. مدیریت دما در صدر فهرست است-هر 10 درجه کاهش در دمای عملیاتی، عمر مورد انتظار را تقریباً 50٪ افزایش می‌دهد. جریان هوای کافی در سرتاسر صفحه‌های فرستنده گیرنده و مدیریت حرارتی کارت‌های خط پرجمعیت باعث کاهش نرخ خرابی می‌شود.

بهینه سازی کارخانه فیبر پیشرفت های کمتر آشکاری را ارائه می دهد. در حالی که تمیز کردن و بازرسی فیبر cat-5 مورد توجه قرار می‌گیرد، کاهش سیستماتیک تلفات اتصال به ندرت تمرکز یکسانی دارد. اتصال فیوژن با کیفیت بالا با دستیابی به اتلاف اتصال ثابت 0.05 دسی بل در مقابل تلفات معمولی 0.15 دسی بل باعث صرفه جویی 1 تا 2 دسی بل در یک پیوند معمولی 80 کیلومتری می شود که به طور بالقوه نیاز به ماژول های 120 کیلومتری گران تر را از بین می برد.

انتخاب طول موج برای برنامه های DWDM مستلزم توجه دقیق است. فاصله کانال ها بر فواصل قابل دستیابی تأثیر می گذارد: فاصله 100 گیگاهرتز نسبت سیگنال نوری-به-نوری بهتری نسبت به فاصله 50 گیگاهرتز برای یک کارخانه فیبر فراهم می کند. معاوضه بین حداکثر کردن ظرفیت و قابلیت اطمینان نیاز به تجزیه و تحلیل الزامات ویژه استقرار دارد.

 

زمینه تکامل فناوری

 

درک اینکه فناوری 10G XFP در تکامل گسترده‌تر شبکه‌های نوری جای می‌گیرد، زمینه ارزشمندی را فراهم می‌کند. هنگامی که XFP در سال 2002 راه اندازی شد، اترنت 1 گیگابیت بر ثانیه بر مراکز داده تسلط داشت در حالی که 10 گیگابیت بر ثانیه تا حد زیادی به شبکه های ستون فقرات حامل محدود می شد. ضریب فرم نشان دهنده کوچک سازی چشمگیر از ماژول های 300 پین و XENPAK در حالی که پشتیبانی از پردازش سیگنال پیچیده را حفظ می کند.

از سال 2003-2008، XFP به‌عنوان پیشگام استقرار 10G بود. فناوری EDC در این دوره به بلوغ رسید و قابلیت‌های دوردستی را که ماژول‌های مدرن را متمایز می‌کند، ممکن می‌سازد. انتقال به +SFP در حدود سال 2010 آغاز شد زیرا فناوری نیمه هادی امکان جابجایی عملکردهای CDR و EDC را به بردهای میزبان فراهم کرد، اما XFP برای برنامه هایی که به حداکثر عملکرد نوری نیاز دارند، مرتبط باقی ماند.

امروزه صنعت از 10G به استانداردهای 100G، 400G و در حال ظهور 800G رسیده است. این سرعت‌های بالاتر از فناوری تشخیص منسجم واقعی-انتقال فاز-حساس استفاده می‌کنند که بازده طیفی به‌طور چشمگیری بالاتری را ممکن می‌سازد. ماژول‌های منسجم 400G مدرن می‌توانند با استفاده از همان زیرساخت فیبری که زمانی 10 گیگابیت بر ثانیه را حمل می‌کردند، سرعت 400 گیگابیت بر ثانیه را در 80 تا 120 کیلومتر انتقال دهند.

با این حال، ماژول‌های 10G XFP همچنان در حال تولید و استقرار فعال هستند. پایه نصب‌شده سیستم‌های مجهز به XFP{2}}به کار خود ادامه می‌دهد، اغلب در برنامه‌هایی که 10 گیگابیت در ثانیه ظرفیت کافی برای آینده قابل پیش‌بینی را فراهم می‌کند. ملاحظات هزینه تضمین می کند که ارتقاء پیوندهای 10G به 100G صرفاً برای ارز فناوری، منطق اقتصادی ضعیفی دارد.

 

تصمیم گیری برای استقرار فرستنده گیرنده 10 گیگابایتی XFP

 

انتخاب ماژول های مناسب برای یک استقرار خاص مستلزم ایجاد تعادل در چندین فاکتور فراتر از نیازهای فاصله ساده است. هزینه کل نه تنها شامل قیمت گذاری فرستنده گیرنده، بلکه کیفیت کارخانه فیبر، مصرف برق در طول عمر ماژول، و هزینه عملیاتی نگهداری موجودی و مدیریت خرابی ها نیز می شود.

برای استقرار مناطق سبز زیر 40 کیلومتر، ماژول های SFP+ ER انتخاب پیش فرض را نشان می دهند مگر اینکه الزامات سازگاری خاص XFP وجود داشته باشد. مزایای هزینه، قدرت و چگالی بیشتر از مزایای XFP در تاسیسات مدرن است.

بین 40{4}}80 کیلومتر، تصمیم گیری دقیق تر می شود. ماژول های XFP ZR قابلیت اطمینان اثبات شده و ویژگی های حرارتی عالی را ارائه می دهند. ماژول‌های SFP+ ZR مزایای هزینه و قدرت را ارائه می‌دهند، اما برای دستیابی به حاشیه‌های عملکردی مشابه، به طراحی برد میزبان با کیفیت بالا نیاز دارند. انتخاب اغلب به زیرساخت های موجود و آشنایی تیم عملیاتی بستگی دارد.

در بالای 80 کیلومتر، ماژول های XFP ارتباط خود را حفظ می کنند. تطبیق قابلیت‌های 120 کیلومتری ماژول‌های{3}}دسترسی گسترده XFP در فاکتورهای فرم SFP+ بدون مهندسی قهرمانانه دشوار است. برای این کاربردها، پوشش حرارتی بزرگتر XFP و طراحی بالغ خطر را کاهش می دهد.

 

مزایای مانیتورینگ تشخیصی دیجیتال

 

قابلیت‌های DDM تعبیه‌شده در ماژول‌های فرستنده گیرنده XFP نوری منسجم 10 گیگابایتی، مزایای عملیاتی را ارائه می‌کنند که هزینه‌های متوسط ​​را توجیه می‌کنند. نظارت{2}}زمان واقعی پنج پارامتر کلیدی، راهبردهای تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را قادر می‌سازد که زمان خرابی برنامه‌ریزی نشده را کاهش می‌دهد.

توان نوری را دریافت کنیدروندها تخریب گیاه فیبر را قبل از شکست پیوند نشان می دهد. کاهش تدریجی از -20 dBm به -23 dBm طی ماه‌ها نشان‌دهنده افزایش تلفات فیبر است که ممکن است در نتیجه آلودگی رابط، از دست رفتن ناشی از خمیدگی، یا تخریب اتصال ایجاد شود. پرداختن به مشکلات در حالی که 3+ دسی بل حاشیه باقی مانده است، از قطعی برق جلوگیری می کند.

انتقال قدرت نوری و جریان بایاس لیزرردیابی با هم، پیری لیزر را آشکار می کند. با افزایش سن دیودها، جریان درایو بالاتر برای حفظ خروجی نوری ثابت ضروری می شود. هنگامی که جریان بایاس به 80٪ حداکثر می رسد، با وجود نشانگر حداکثر درایو-پایان{4}}-به زودی خروجی توان نوری شروع به کاهش می کند.

نظارت بر دماخنک کننده ناکافی را قبل از ایجاد خرابی شناسایی می کند. ماژول هایی که به طور مداوم در دمای بالای 60 درجه در شرایط عادی کار می کنند، جریان هوای ناکافی را نشان می دهد که طول عمر را کوتاه می کند. پرداختن به مسائل خنک کننده به طور پیشگیرانه از خرابی های حرارتی-تسریع جلوگیری می کند.

نظارت بر ولتاژمشکلات منبع تغذیه را که ممکن است بر چندین ماژول تأثیر بگذارد را شناسایی می کند. ولتاژ خارج از محدوده مشخصات 3.14-3.46 ولت باعث عملکرد غیر قابل اطمینان و آسیب احتمالی می شود. شناسایی زود هنگام جریان برق از خرابی های آبشاری جلوگیری می کند.

سیستم‌های نظارت خودکار می‌توانند این پارامترها را در صدها پیوند ردیابی کنند و زمانی که مقادیر از محدوده‌های عملیاتی عادی منحرف می‌شوند یا روندهای مربوطه را نشان می‌دهند، هشدار ایجاد می‌کنند. این امر تعمیر و نگهداری را از آتش نشانی واکنشی به مدیریت فعال تبدیل می کند.

 

استانداردها و سازگاری صنعت

 

ماژول‌های XFP با توافق‌نامه‌های{0}چند منبعی مطابقت دارند که قابلیت همکاری بین ماژول‌های تولیدکنندگان مختلف و تجهیزات میزبان از فروشندگان مختلف را تضمین می‌کنند. XFP MSA (نسخه 4.5 از سال 2005 همچنان جاری است) رابط الکتریکی، ابعاد مکانیکی، مشخصات حرارتی و مشخصات رابط مدیریتی را تعریف می کند.

در این چارچوب استاندارد، کدهای کاربردی مختلف، ویژگی های نوری را برای ترکیب های مختلف دسترسی و پروتکل مشخص می کنند. کدهای برنامه رایج عبارتند از:

10 گیگابایت-SR: 850 نانومتر، 300 متر روی فیبر چند حالته

10 گیگابایت-LR: 1310 نانومتر، 10 کیلومتر روی فیبر تک حالته-

10GBASE-ER: 1550 نانومتر، 40 کیلومتر روی فیبر تک حالته-

10 گیگابایت-ZR: 1550 نانومتر، 80 کیلومتر روی فیبر تک حالته- (فروشنده-خارج از استانداردهای IEEE مشخص شده است)

OC-192 LR-2: SONET/SDH طولانی-مشخصات دسترسی

ساختار MSA تضمین می‌کند که یک ماژول Cisco XFP-10GLR-OC192SR می‌تواند در روتر Juniper کار کند و بالعکس، تا زمانی که محدودیت‌های کدنویسی فروشنده اعمال نشده باشد. ماژول‌های سازگار شخص ثالث اطلاعات خاص سازنده{6}}را کدگذاری می‌کنند تا عملکرد وصل کردن{7}}در میان فروشندگان اصلی تجهیزات را فعال کند.

انعطاف پذیری پروتکل یکی دیگر از ویژگی های استاندارد کلیدی است. اکثر ماژول‌های طولانی-دسترسی XFP از پروتکل‌های چندگانه از طریق عملکرد چند نرخی پشتیبانی می‌کنند: اترنت 10 گیگابیت (10.3125 گیگابیت در ثانیه)، کانال فیبر 10G (10.52 گیگابیت در ثانیه) و SONET OC-192/SDH STM-64 (9.953 گیگابیت بر ثانیه). این انعطاف پذیری مدیریت موجودی را ساده می کند و انتقال پروتکل را بدون تغییرات سخت افزاری امکان پذیر می کند.

 

عیب یابی مسائل رایج

 

هنگامی که پیوندها از کار می افتند یا زیر مشخصات کار می کنند، عیب یابی سیستماتیک علل ریشه ای را به طور موثر شناسایی می کند. توالی تشخیصی معمولاً از ساده به پیچیده پیشرفت می کند:

تایید قدرت نوریباید اولین قدم باشد از DDM برای بررسی قدرت انتقال و دریافت در هر دو طرف استفاده کنید. برای یک پیوند 80 کیلومتری، قرائت‌های معمولی ممکن است +2 انتقال دسی بل و دریافت -22 دسی‌بلم باشد. مقادیر خارج از محدوده مورد انتظار، مشکلات کارخانه فیبر، انتخاب نادرست فرستنده گیرنده یا خرابی قطعات را نشان می دهد.

محاسبه از دست دادن لینکتعیین می کند که آیا کارخانه فیبر الزامات را برآورده می کند یا خیر. تلفات اندازه گیری شده باید با تلفات پیش بینی شده در 2-3 دسی بل مطابقت داشته باشد. از دست دادن بیش از حد نشان دهنده کانکتورهای آلوده، فیبر آسیب دیده یا از بین رفتن زیاد اتصال است. بازرسی و تمیز کردن کانکتور فردی اغلب این مشکلات را حل می کند.

تست نرخ خطای بیتکیفیت پیوند را فراتر از وضعیت ساده بالا/پایین کمیت می کند. عملکرد بدون خطا (BER زیر 10^-12) حاشیه کافی را تأیید می کند. خطاهای گاه به گاه (BER 10^-9 تا 10^-6) نشان دهنده عملیات حاشیه ای است که نیاز به توجه دارد. خطاهای مکرر (BER بالای 10^-6) نشانه مشکلات جدی است.

تجزیه و تحلیل دمامشکلات زیست محیطی را آشکار می کند. ماژول هایی که بالای 70 درجه کار می کنند، کمبودهای خنک کننده را نشان می دهند که باعث خرابی زودرس می شود. ماژول‌های موجود در کارت مکان یکسان با دماهای بسیار متفاوت نشان دهنده انسداد جریان هوا یا خرابی فن‌ها هستند.

تایید طول موجبرای برنامه های DWDM تخصیص کانال مناسب را تضمین می کند. رانش طول موج لیزر به دلیل سن یا دما می تواند باعث تداخل بین کانالی در سیستم های متراکم شود. اکثر ماژول های قابل تنظیم، بازخوانی طول موج را از طریق رابط های مدیریتی ارائه می دهند.

 

ملاحظات اثبات{0} آینده

 

استقرار زیرساخت های نوری شامل تصمیماتی با پیامدهای 7-10 ساله است. در حالی که فناوری 10G XFP خود بالغ است، در نظر گرفتن مسیرهای ارتقاء تضمین می کند که سرمایه گذاری ها مرتبط باقی می مانند.

کیفیت گیاه فیبربرای انعطاف‌پذیری طولانی مدت، بیش از انتخاب فرستنده گیرنده اهمیت دارد. فیبر یک حالت{3} OS2 که امروز نصب شده است از استانداردهای 10G، 100G، 400G و آینده پشتیبانی می کند. به خطر انداختن کیفیت فیبر برای کاهش هزینه های اولیه، گزینه های ارتقا را محدود می کند.

استانداردهای کانکتور و آداپتورسزاوار توجه هستند کانکتورهای دوبلکس LC بر 10G مسلط هستند، اما برخی از سیستم‌های{2} نسل بعدی از پیکربندی‌های دیگری استفاده می‌کنند. زیرساخت وصله انعطاف پذیر انواع مختلف فرستنده گیرنده را بدون کابل کشی مجدد در خود جای می دهد.

برنامه ریزی تراکم بندرباید برای رشد آینده حساب شود. در حالی که نیاز امروز ممکن است کارت های خط 24 پورت را توجیه کند، تلفیق آینده ممکن است از ماژول های 48 پورت یا با تراکم بالاتر با استفاده از SFP+ یا عوامل شکل جدیدتر بهره مند شود.

یکپارچه سازی سیستم مدیریتبا فعال کردن نظارت مستمر در نسل‌های فناوری، ارزش را افزایش می‌دهد. سیستم‌هایی که جزئیات فرستنده گیرنده را انتزاعی می‌کنند و در عین حال تشخیص جامع را ارائه می‌کنند، راحت‌تر با سخت‌افزار جدید سازگار می‌شوند.

 

سوالات متداول

 

آیا فرستنده‌های 10G XFP می‌توانند با ماژول‌های SFP+ در انتهای مخالف کار کنند؟

بله، ماژول های XFP و SFP+ در صورت داشتن مشخصات منطبق می توانند با هم کار کنند. هر دو از کانکتورهای دوبلکس LC و ویژگی های نوری یکسان برای یک نوع دسترسی معین (LR، ER، ZR) استفاده می کنند. تفاوت رابط الکتریکی بر پیوندهای متصل فیبر- تأثیر نمی گذارد. یک 10GBASE-LR XFP بدون مشکل با یک{8}}LR SFP+10GBASE در{10}}روی فیبر تک حالته ارتباط برقرار می‌کند.

حداکثر فاصله واقعی برای ماژول های 10G XFP بدون تقویت چقدر است؟

ماژول‌های استاندارد با مهندسی مناسب به 120 کیلومتر بر روی فیبر OS2 تک حالته-با کیفیت بالا می‌رسند. این به ماژول‌های 120 کیلومتری{6} تخصصی با جبران پراکندگی گسترده (تحمل 2400 ps/nm) و بودجه‌های توان با دقت مدیریت شده نیاز دارد. فراتر از 120 کیلومتر، تقویت یا بازسازی نوری ضروری است. برخی از ماژول های تخصصی ادعا می کنند که در شرایط ایده آل می توانند 140 کیلومتر طی کنند، اما 120 کیلومتر نشان دهنده محدودیت عملی برای پیوندهای تقویت نشده است.

دما چگونه بر عملکرد طولانی-دسترسی XFP تأثیر می‌گذارد؟

دما هم بر عملکرد نوری و هم بر طول عمر ماژول تأثیر می گذارد. طول موج لیزر تقریباً 0.1 نانومتر در هر 10 درجه جابجا می شود که برای کاربردهای DWDM اهمیت دارد. توان خروجی با دما کاهش می یابد و به طور بالقوه باعث می شود که پیوندهای نزدیک به حد بودجه توان در شرایط گرم از کار بیفتند. طول عمر ماژول از معادله آرنیوس پیروی می کند: هر 10 درجه کاهش طول عمر مورد انتظار را دو برابر می کند. کارکرد مداوم در دمای 70 درجه در مقابل 50 درجه می تواند طول عمر مورد انتظار را از 15 سال به 7-8 سال به نصف کاهش دهد.

چرا ماژول های 80 کیلومتری بسیار گران تر از نسخه های 40 کیلومتری هستند؟

حق بیمه هزینه منعکس کننده چندین جزء گران قیمت است. قیمت گیرنده های APD 3-5 برابر بیشتر از فتودیودهای PIN به دلیل الزامات ساخت پیچیده است. لیزرهای سرد EML کولرهای ترموالکتریک و مدارهای کنترلی را اضافه می کنند. مدیریت مدار EDC پیشرفته 1600+ پراکندگی ps/nm به پردازش سیگنال پیچیده‌تری نیاز دارد. حجم تولید کمتر در مقایسه با ماژول های SR/LR هزینه های هر واحد را افزایش می دهد. تفاوت هزینه کل قطعات تفاوت قیمت خرده فروشی 800-1200 دلار بین ماژول های ER و ZR را توضیح می دهد.

.

خوراکی های کلیدی

 

فرستنده گیرنده نوری XFP 10 گیگابایتی منسجم، 80-120 کیلومتر مسافت را از طریق فناوری EDC، لیزرهای تخصصی، و گیرنده‌های با حساسیت بالا به دست می‌آورد.

جبران پراکندگی الکترونیکی نشان دهنده پیشرفت کلیدی است که عملکرد طولانی-دسترسی بدون جبران نوری را امکان پذیر می کند

لیزرهای EML و گیرنده های APD عملکرد نوری مورد نیاز برای فواصل طولانی را ارائه می دهند

برنامه ریزی مناسب بودجه برق برای از دست دادن فیبر، اتصالات و حاشیه های ایمنی عملکرد قابل اعتماد را تضمین می کند

ضریب شکل بزرگتر XFP مزایای حرارتی را برای برنامه‌های کاربردی{0} با بالاترین عملکرد فراهم می‌کند، علیرغم اینکه در اکثر موارد توسط SFP+ جایگزین شده است.